银行家算法的实验报告
一、实验内容
银行家算法是避免死锁的一种重要方法,本实验要求编写和调试一个简单的银行家算法程序。
1.设计进程对各类资源最大申请表示及初值的确定。
2.设定系统提供资源的初始状况。
3.设定每次某个进程对各类资源的申请表示。
4.编制程序,依据银行家算法,决定其资源申请是否得到满足。
5.显示资源申请和分配时的变化情况。
二、背景知识
1.死锁的相关知识。在多道程序环境中,多个进程可以竞争有限数量的资源。当一个进程申请资源时,如果这时没有可用资源,那么这个进程进入等待状态。有时,如果所申请的资源被其他等待进程占有,那么该等待进程有可能再也无法改变状态。这种情况称为死锁。
2.银行家算法。它以银行借贷系统的分配策略为基础,判断并保证系统的安全运行。
3.系统安全性检查。
1)设置两个向量:
工作向量Work: 它表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目,它含有m个元素,在执行安全算法开始时,Work=Available;
工作向量Finish: 它表示系统是否有足够的资源分配给进程,使之运行完成。开始时先做Finish[i]=false; 当有足够资源分配给进程时, 再令Finish[i]=true。
2)从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程:
Finish[i]=false;
Need[i,j]≤Work[j];若找到,执行 (3),否则,执行 (4)
3)当进程Pi获得资源后,可顺利执行,直至完成,并释放出分配给它的资源,故应执行:
Work[j]=Work[i]+Allocation[i,j];
Finish[i]=true;
go to step 2;
4)如果所有进程的Finish[i]=true都满足, 则表示系统处于安全状态;否则,系统处于不安全状态;
三、思路
四、核心代码(添加注释)
#include <malloc.h>
#include <string.h>
#include <iostream>
using namespace std;
struct p {
int Max[100][100];//最大需求矩阵
int Allocation[100][100];//分配矩阵
int Need[100][100];//需求矩阵
int Available[100];//可利用资源
int Resource[100];//总资源
int Work[100];//正工作资源
int Finish[100]; //判断进程是否已完成
int List[100];//存放安全序列的下标序列
};
class yinhangjia {
public:
void initial(int N, int M, struct p* s); //输入数据
void printState(int N, int M, struct p* s);//输出当前状态表
int isfinish(int N, int M, struct p* s, int C);//判断是否满足资源更换条件
int issafe(int N, int M, struct p* s);//判断是否为合法资源
void printList(int N, int M, struct p* s);//输出安全序列表
void reqresource(int N, int M, struct p* s, int i, int Request[]);//输入更改资源,并判断是否合法
};
void yinhangjia :: initial(int N, int M, struct p* s)
//创建初始状态:先输入 Resource、Max和 Allocation,再计算出 Need、Available。
{
int i, j;
cout << "Resource--输入M种资源的总数量:\n";
for (i = 0; i < M; i++)
{
cin >> s->Resource[i];
s->Available[i] = s->Resource[i];
}
cout << "Max--输入N个进程分别对M种资源的最大需求量:\n";
for (j = 0; j < N; j++)
for (i = 0; i < M; i++)
cin >> s->Max[j][i];
cout << "Allocation--输入N个进程获得M种资源的数量:\n";
for (j = 0; j < N; j++)
for (i = 0; i < M; i++)
cin >> s->Allocation[j][i];
/****************************************/
for (j = 0; j < N; j++)//求出需求need量 ,通过最大需求量-已经占用的资源数量
for (i = 0; i < M; i++)
s->Need[j][i] = s->Max[j][i] - s->Allocation[j][i];
for (j = 0; j < M; j++)//求出可用Available量
for (i = 0; i < N; i++)
s->Available[j] = s->Available[j] - s->Allocation[i][j];
}
void yinhangjia ::printState(int N, int M, struct p* s)
//输出当前的状态表|Process |Max |Allocation |Need |Available |
{
int j, i;
cout << "\n状态表如下:\n";
cout << "|Process ";
cout << "|Max";
for (int k = 0; k < M * 4 - 3; k++)
cout << " ";
cout << "|Allocation";
for (int k = 0; k < M * 4 - 10; k++)
cout << " ";
cout << "|Need";
for (int k = 0; k < M * 4 - 4; k++)
cout << " ";
cout << "|Available";
for (int k = 0; k < M * 4 - 9; k++)
cout << " ";
cout << "|\n";
for (i = 0; i < N; i++)
{
cout << i;
for (int k = 0; k < M; k++)
cout << s->Max[i][k];
cout << "|";
for (int k = 0; k < M; k++)
cout << s->Allocation[i][k];
cout << "|";
for (int k = 0; k < M; k++)
cout << s->Need[i][k];
cout << "|";
if (i == 0) {
for (int k = 0; k < M; k++)
cout << s->Available[k];
cout << "|";
}
cout << endl;
}
}
int yinhangjia :: isfinish(int N, int M, struct p* s, int C)
//返回同时满足两个条件{①Finish[i]=false; ②Need[i][j]≤Work[j]}的进程下标 i(修改Finish[i]=true),否则返回-1。
{
int i, j, count, b = 0;
static int k = 0;
//printf("%d\n",k);
cout << k << endl;
for (i = C; i < N; i++)
{
for (j = 0, count = 0; j < M; j++)//判断单个进程是否符合安全序列
if (s->Finish[i] == 0 && s->Need[i][j] <= s->Work[j])
{
count++;
}
if (count == M)
{
for (j = 0; j < M; j++)
s->Work[j] += s->Allocation[i][j];//进程完成后,释放的空间加到现在闲置的空间内
s->Finish[i] = 1;//将进程修改为已完成状态
k++;
if (k == N)
k = 0;
//printf("%d\n",k);
cout << k << endl;
return i;
}
if (i == N - 1 && k < N) {
i = -1;
b++;
}
if (b == 2)
break;
}
return -1;
}
int yinhangjia :: issafe(int N, int M, struct p* s)
//判定当前状态是否为安全状态 (返回 true 或 false),把安全序列的下标放入 List[N]数组。
{
int i, a, count = 0, C = 0;
for (i = 0; i < M; i++)
s->Work[i] = s->Available[i];//工作资源数
for (i = 0; i < N; i++)
s->Finish[i] = 0;
for (i = 0; i < N; i++)
{
a = isfinish(N, M, s, C);
//printf("%d ?a\n",a);
//cout << a << endl;
if (a != -1)
{
s->List[i] = a;
C = a;
count++;
//printf("%d ,\n",count);
//cout << count << endl;
}
else if (a == -1) C = 0;
}
if (count == N)
return 1;
else
return 0;
}
void yinhangjia :: printList(int N, int M, struct p* s)
//输出安全序列表|Process |Work |Need |Allocation |Work+Alloc |Finish |
{
int i, j;
cout << "\n安全序列表如下:\n";
cout << "|Process ";
cout << "|Work";
for (int k = 0; k < M * 4 - 4; k++)
cout << " ";
cout << "|Need";
for (int k = 0; k < M * 4 - 4; k++)
cout << " ";
cout << "|Allocation";
for (int k = 0; k < M * 4 - 10; k++)
cout << " ";
cout << "|Work+Alloc";
for (int k = 0; k < M * 4 - 10; k++)
cout << " ";
cout << "|Finish";
for (int k = 0; k < M * 4 - 6; k++)
cout << " ";
cout << endl;
for (j = 0; j < M; j++)
{
s->Work[j] = s->Available[j];
}
for (i = 0; i < N; i++)
{
cout << s->List[i];
for (int k = 0; k < M; k++)
cout << s->Work[k];
cout << "|";
for (int k = 0; k < M; k++)
cout << s->Need[s->List[i]][k];
cout << "|";
for (int k = 0; k < M; k++)
cout << s->Allocation[s->List[i]][k];
cout << "|";
for (int k = 0; k < M; k++)
cout << s->Work[k] + s->Allocation[s->List[i]][k];
cout << "|true";
for (int k = 0; k < M * 4 - 4; k++)
cout << " ";
cout << "|\n";
for (j = 0; j < M; j++)
s->Work[j] += s->Allocation[s->List[i]][j];
}
}
void yinhangjia :: reqresource(int N, int M, struct p* s, int i, int Request[])
//表示第 i个进程请求 M类资源 request[M]
{
int flag, count1, count2;
int j;
//Step1: 判断条件 Request[j]≤Need[i][j]
for (j = 0, count1 = 0; j < M; j++)
if (Request[j] <= s->Need[i][j])
count1++;
//Step2: 判断条件 Request[j]≤Available[j]
for (j = 0, count2 = 0; j < M; j++)
if (Request[j] <= s->Available[j])
count2++;
if (count2 != M)
cout << "\n尚无足够的资源,第" << i << "个进程堵塞。\n";
//Step3: 预先分配
if (count2 == M && count1 == M)
{
for (j = 0; j < M; j++)
{
s->Available[j] = s->Available[j] - Request[j];
s->Allocation[i][j] = s->Allocation[i][j] + Request[j];
s->Need[i][j] = s->Need[i][j] - Request[j];
//printf("%d %d %d\n",s->Available[j],s->Allocation[i][j],s->Need[i][j]);
//cout << s->Available[j];
//cout << s->Allocation[i][j];
//cout << s->Need[i][j];
//cout << endl;
}
if (issafe(N, M, s) == 0)
{
cout << "\n不存在安全序列,不是安全状态。\n";
for (j = 0; j < M; j++)
{
s->Available[j] = s->Available[j] + Request[j];
s->Allocation[i][j] = s->Allocation[i][j] - Request[j];
s->Need[i][j] = s->Need[i][j] + Request[j];
}
}
else
{
cout << "\n是安全序列分配成功!\n";
yinhangjia:printList(N, M, s);
}
}
}
int main(void)
{
int reqid = -1, j, req[100];
struct p s;
int N, M;
cout << "please input MAX resources and MAX processes :";
cin >> M >> N;
yinhangjia a;//构造银行家类a
a.initial(N, M, &s); //创建数据
if (a.issafe(N, M, &s) == 0)
{
printf("Initial state is unsafe!\n");
}
else
{
a.printState(N, M, &s); //输出当前状态表
cout << "\nInitial state is safe!\n" << endl;
a.printList(N, M, &s); //输出安全序列表
cout << "Input the id of request process:" ;
cin >> reqid;
while (reqid >= 0 && reqid < N) //输入进程 id是否合法
{
cout << "Input request resources:";
for (j = 0; j < M; j++)
{
cin >> req[j];
}
a.reqresource(N, M, &s, reqid, req);
a.printState(N, M, &s);
cout << "Input the id of request process:";
cin >> reqid;
}
cout << "\n输入错误,退出程序!\n";
}
return 0;
}
五、运行结果
输出状态表和安全序列表
若有足够的资源给请求的资源,则输出新的状态表
若没有足够的资源给请求的资源,则显示进程堵塞并输出状态表
六、结论
1.银行家算法是一种用来避免操作系统死锁出现的有效算法。
2.死锁:是指两个或两个以上的进程在执行过程中,由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁,这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。
3.死锁的发生必须具备以下四个必要条件:
1)互斥条件:指进程对所分配到的资源进行排它性使用,即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源,则请求者只能等待,直至占有资源的进程用毕释放。
2)请求和保持条件:指进程已经保持至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源已被其它进程占有,此时请求进程阻塞,但又对自己已获得的其它资源保持不放。
3)不抢占条件:指进程已获得的资源,在未使用完之前,不能被剥夺,只能在使用完时由自己释放。
4)循环等待条件:指在发生死锁时,必然存在一个进程——资源的环形链,即进程集合{P0,P1,P2,···,Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源;P1正在等待P2占用的资源,……,Pn正在等待已被P0占用的资源。
4.银行家算法是避免死锁的一种重要方法,防止死锁的机构只能确保上述四个条件之一不出现,则系统就不会发生死锁。
5.为实现银行家算法,系统必须设置若干数据结构,同时要解释银行家算法,必须先解释操作系统安全状态和不安全状态。
6.安全序列:是指一个进程序列{P1,…,Pn}是安全的,即对于每一个进程Pi(1≤i≤n),它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj (j < i )当前占有资源量之和。
7.安全状态:如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1,…,Pn,则系统处于安全状态。文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-425938.html
8.安全状态一定是没有死锁发生。不安全状态:不存在一个安全序列。不安全状态不一定导致死锁文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-425938.html
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